JP3773282B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体の電極形成方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、オーミック性を改良し、特に、接触抵抗を低下させるための窒化ガリウム系化合物半導体のエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム系化合物半導体(AlGaInN) は青色発光ダイオードとして注目されている材料である。この半導体表面に電極を形成する方法として、ＢＨＦ等の薬液を用いてウエットケミカルエッチングを行った後、エッチング面にニッケル、アルミニウム等の種々の金属を真空蒸着する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、半導体表面が完全には洗浄されないため、結果的に、酸化物やその他の付着物の上に金属を蒸着したものとなっていた。このため、電極の接触抵抗が高いという問題があった。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、少なくともガリウムと窒素とを含む窒化ガリウム系化合物半導体の表面に金属電極を形成するとき、その金属電極と半導体との接触抵抗を低下させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための発明の特徴は、少なくともガリウム及び窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体（ＡｌＧａＩｎＮ）に、オーミック性を改良し接触抵抗を低下させた電極を形成する電極形成方法であって、前記窒化ガリウム系化合物半導体（ＡｌＧａＩｎＮ）の表面を不活性ガスを用いて、前記半導体表面から酸素及び炭素を除去して前記半導体表面に原子配列が破壊された破壊層が形成される程度にスパッタリングするスパッタリング工程と、真空に保持された状態で、前記スパッタリング工程に連続して、ニッケル、アルミニウム、金、チタンのいずれかからなる金属を蒸着して電極を形成する蒸着工程と、真空に保持された状態で、蒸着工程に連続して合金化処理する工程とが実行されることを特徴とする。さらに、第２の特徴は、不活性ガスにアルゴン（Ａｒ）ガスが用いられていることを特徴とする。
【０００６】
【作用及び効果】
少なくともガリウム及び窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体（ＡｌＧａＩｎＮ）の表面をターゲットとして、不活性ガスを用いて逆スパッタリングすることで、半導体表面の酸化物や付着物を完全に除去することができた。更に、この面の上に真空に保持された状態で、スパッタリングに連続して、ニッケル、アルミニウム、金、チタンのいずれかからなる金属を蒸着した場合に、金属と半導体との接触抵抗が小さくなった。
【０００７】
又、逆スパッタリングの程度を半導体表面に原子配列が破壊された破壊層が形成される程度とすることで、金属と半導体との接触抵抗を低下させることができた。又、真空状態を保持して、その真空蒸着工程に続いて合金化処理を行うことで、窒化ガリウム系化合物半導体（ＡｌＧａＩｎＮ）と、ニッケル、アルミニウム、金、チタンのいずれかからなる金属との接触抵抗は、最も小さくなり、オーミック性も最良となった。半導体表面に破壊層が形成されると、蒸着金属の合金化処理が効果的に行われるため、接触抵抗が極めて小さくなった。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
少なくともガリウム及び窒素を含む化合物半導体(AlGaInN) の一例としてGaN が用いられた。スパッタリング装置のチャンバーのターゲットに洗浄されたGaN 基板が置かれた。次に、加速電圧２００Ｖ、電流密度２０μＡ／cm2 で、アルゴンイオンをカウフマン型イオン銃で法線方向から入射し、GaN 基板のターゲットがスパッタリングされた。
【０００９】
次に、GaN 基板が上記のスパッタリング装置のチャンバー内に置かれ、チャンバー内を真空に保持した状態で、通常スパッタリングによりニッケル(Ni)がGaN 基板の表面に蒸着された。蒸着の後、同一チャンバーを用いて、蒸着されたニッケルの加熱処理、即ち、合金化処理が実行された。
【００１０】
上記の処理により得られた金属電極の接触抵抗は数Ωであった。従来のＢＨＦによりウエットエッチングされた面にニッケル電極を蒸着して電極を形成した場合には、接触抵抗は数１０Ωであるので、本発明方法により、接触抵抗は１／１０に低下させることができた。
【００１１】
又、窒化ガリウム系化合物半導体を用いてＬＥＤを製造し、その電極形成に上記の方法を用いた。このような電極を用いたＬＥＤは発光効率及び耐久性が向上した。
【００１２】
尚、上記の実施例では、蒸着金属はニッケルとしたが、アルミニウム、金、チタンであっても良い。又、スパッタリングによる蒸着を行ったが真空物理蒸着でも良い。さらに、蒸着時にはスパッタリング装置に連続した真空蒸着装置に、試料を外気に触れることなく移動させて、その蒸着装置で金属を電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着等により蒸着するようにしても良い。さらに、合金化処理も試料を外気に触れさせることなく同様にスパッタリング装置に連続した真空装置内に移動させてランプ加熱等により行っても良い。
【００１３】
次に、アルゴンスパッタリングによる洗浄効果を確かめるために、次の比較実験を行った。サファイア基板上にAlN をバッファ層形成し、そのバッファ層上にGaN 層を形成した。この試料が３つ準備された。第１の試料のGaN 層について、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により表面層の結晶の成分元素を分析した。図１と図２に示すように、酸素と炭素が表面層に存在していることが分かる。次に、第２の試料のGaN 層について、上記のGaN 層の表面をＢＨＦでウエットエッチングして、同様にＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により表面層の結晶の成分元素を分析した。図１、図２から分かるように、前者に比べて、表面層における酸素と炭素の付着量は減少しているが、やはり、酸素と炭素は完全には除去されていないことが分かる。次に、第３の試料のGaN 層について、アルゴンを用いてGaN 層をスパッタリングした後、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によりその面の結晶の成分元素を分析した。図１、図２から分かるように、アルゴンで表面をスパッタリングすると、表面層から完全に酸素と炭素を除去できることが分かる。
【００１４】
次に、アルゴンによるスパッタリグの時間を変化させて、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によりGaN 層のスパッタ面の結晶の成分元素を分析した。結果を図３に示す。約１２０sec のスパッタリングで、表面層から酸素と炭素を除去できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 GaN 層の各種の方法で処理された表面の酸素元素をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した測定図。
【図２】 GaN 層の各種の方法で処理された表面の酸素炭素をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した測定図。
【図３】 GaN 層の表面のアルゴンによるスパッタリング時間と表面の元素量と関係ををＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した測定図。

Claims (2)

  1. 少なくともガリウム及び窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体（ＡｌＧａＩｎＮ）に、オーミック性を改良し接触抵抗を低下させた電極を形成する電極形成方法であって、
    前記窒化ガリウム系化合物半導体（ＡｌＧａＩｎＮ）の表面を不活性ガスを用いて、前記半導体表面から酸素及び炭素を除去して前記半導体表面に原子配列が破壊された破壊層が形成される程度にスパッタリングするスパッタリング工程と、
    真空に保持された状態で、前記スパッタリング工程に連続して、ニッケル、アルミニウム、金、チタンのいずれかからなる金属を蒸着して電極を形成する蒸着工程と、
    その後、真空に保持された状態で、前記蒸着工程に連続して合金化処理する工程とが行われることを特徴とする電極形成方法。
  2. 前記不活性ガスはアルゴン（Ａｒ）ガスであることを特徴とする請求項１に記載の電極形成方法。
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